JPH04240788A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH04240788A JPH04240788A JP695091A JP695091A JPH04240788A JP H04240788 A JPH04240788 A JP H04240788A JP 695091 A JP695091 A JP 695091A JP 695091 A JP695091 A JP 695091A JP H04240788 A JPH04240788 A JP H04240788A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダブルヘテロ接合構造
を有する半導体レーザに関し、特に半導体レーザの結晶
構造に関する。
を有する半導体レーザに関し、特に半導体レーザの結晶
構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの結晶構造としては、図１
０に示すように、レーザ光が発振する領域である活性層
１の両側に、活性層１よりバンドギャップの大きいクラ
ッド層２，３を設けたダブルヘテロ接合構造を有するも
のが知られている。４は基板である。
０に示すように、レーザ光が発振する領域である活性層
１の両側に、活性層１よりバンドギャップの大きいクラ
ッド層２，３を設けたダブルヘテロ接合構造を有するも
のが知られている。４は基板である。
【０００３】このようなダブルヘテロ接合構造をとるこ
とにより、クラッド層２，３と活性層１とのバンドギャ
ップ差による活性層１内への注入キャリア閉じ込め効果
及びクラッド層２，３と活性層１との屈折率の差による
光閉じ込め効果が得られ、動作電流（発振閾電流）を小
さくでき、実用温度範囲内で安定な連続動作が得られる
。ただし、ダブルヘテロ接合構造において、良好な注入
キャリア閉じ込め効果を得るには、活性層１とクラッド
層２，３との間のバンドギャップ差が０．３ ｅＶ以上
必要であることが知られている。
とにより、クラッド層２，３と活性層１とのバンドギャ
ップ差による活性層１内への注入キャリア閉じ込め効果
及びクラッド層２，３と活性層１との屈折率の差による
光閉じ込め効果が得られ、動作電流（発振閾電流）を小
さくでき、実用温度範囲内で安定な連続動作が得られる
。ただし、ダブルヘテロ接合構造において、良好な注入
キャリア閉じ込め効果を得るには、活性層１とクラッド
層２，３との間のバンドギャップ差が０．３ ｅＶ以上
必要であることが知られている。
【０００４】かかる半導体レーザにおいて、前記活性層
１及びクラッド層２，３が、レーザに用いる基板結晶と
格子定数が異なると境界部に結晶欠陥が発生しレーザ発
振しない。そして、現在、基板結晶として用いることが
できる良好な特性を有するものは主にＧａＡｓ，ＩｎＰ
である。従って、ＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体の格子定
数ａ（Å）とバンドギャップＥｇ（ｅＶ）との関係を示
す図１２から明らかなように、これらの基板結晶と格子
定数が同じであり希望の発振波長を有し、且つクラッド
層と活性層との間で少なくとも０．３ ｅＶ以上大きな
バンドギャップ差を有する組成は限定される。そして、
現在、製品化されている半導体レーザの活性層はＡｌＧ
ａＩｎＰ（ＧａＡｓ基板），ＡｌＧａＡｓ（ＧａＡｓ基
板），ＧａＩｎＰＡｓ（ＩｎＰ基板）である。
１及びクラッド層２，３が、レーザに用いる基板結晶と
格子定数が異なると境界部に結晶欠陥が発生しレーザ発
振しない。そして、現在、基板結晶として用いることが
できる良好な特性を有するものは主にＧａＡｓ，ＩｎＰ
である。従って、ＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体の格子定
数ａ（Å）とバンドギャップＥｇ（ｅＶ）との関係を示
す図１２から明らかなように、これらの基板結晶と格子
定数が同じであり希望の発振波長を有し、且つクラッド
層と活性層との間で少なくとも０．３ ｅＶ以上大きな
バンドギャップ差を有する組成は限定される。そして、
現在、製品化されている半導体レーザの活性層はＡｌＧ
ａＩｎＰ（ＧａＡｓ基板），ＡｌＧａＡｓ（ＧａＡｓ基
板），ＧａＩｎＰＡｓ（ＩｎＰ基板）である。
【０００５】ところで、最近、ＳＨＧ素子と組み合わせ
て可視コヒーレント光源として用いるとか、Ｅｒ＋ ド
ープドファイバで光増幅を行うための励起光源あるいは
固体レーザの励起用として波長０．９８〜１．１ μの
高出力半導体レーザの需要が増えている。この領域で発
振するレーザの活性層としてＩｎＧａＡｓを用いたもの
とか、ＧａＩｎＰＡｓの組成を変えたもの（ＩｎＰと格
子整合）が発表されている（Ａｐｐ−ｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ． ５５ １４ Ｐ１３７８ （１
９８９）， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６５
９ Ｐ３３４０ （１９８９）等）。
て可視コヒーレント光源として用いるとか、Ｅｒ＋ ド
ープドファイバで光増幅を行うための励起光源あるいは
固体レーザの励起用として波長０．９８〜１．１ μの
高出力半導体レーザの需要が増えている。この領域で発
振するレーザの活性層としてＩｎＧａＡｓを用いたもの
とか、ＧａＩｎＰＡｓの組成を変えたもの（ＩｎＰと格
子整合）が発表されている（Ａｐｐ−ｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ． ５５ １４ Ｐ１３７８ （１
９８９）， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６５
９ Ｐ３３４０ （１９８９）等）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＩｎＧａＡｓ
の場合、信頼性（寿命）が低いという問題がある。また
、ＧａＩｎＰＡｓの場合、波長０．９８〜１．１ μで
発振させようとすると、活性層のバンドギャップＥｇが
１．１３〜１．２７ｅＶとなり、クラッド層として用い
ているＩｎＰのバンドギャップＥｇは１．３５ｅＶであ
り、バンドギャップ差ΔＥｇが０．２２〜０．０８ｅＶ
となって、０．３ ｅＶより小さくなってしまう。この
ように、活性層とクラッド層とのバンドギャップ差ΔＥ
ｇが０．３ ｅＶより小さいと、図１１に示すように、
例えばｐ形クラッド層２及びｎ形クラッド層３から活性
層１内にそれぞれ注入されたホールと電子が、図中矢印
のように、層境界部のエネルギバリアを越えて逃げてし
まうため活性層１内への注入キャリアの閉じ込めが不充
分となってしまい、発振閾電流密度の大幅な上昇や温度
特性の低下等を招き良好な特性が得られない（「ＨＩＧ
Ｈ−ＰＯＷＥＲ １．０６ μｍ ＧａＩｎＰＡｓ
ＤＣＰＢＨ ＬＡＳＥＲＳ 」ＥＬＥＣＴ−ＲＯＮＩＣ
Ｓ ＬＥＴＴＥＲＳ １４ｔｈ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ
１９８９ Ｖｏｌ．２５ ＮＯ．１９）。
の場合、信頼性（寿命）が低いという問題がある。また
、ＧａＩｎＰＡｓの場合、波長０．９８〜１．１ μで
発振させようとすると、活性層のバンドギャップＥｇが
１．１３〜１．２７ｅＶとなり、クラッド層として用い
ているＩｎＰのバンドギャップＥｇは１．３５ｅＶであ
り、バンドギャップ差ΔＥｇが０．２２〜０．０８ｅＶ
となって、０．３ ｅＶより小さくなってしまう。この
ように、活性層とクラッド層とのバンドギャップ差ΔＥ
ｇが０．３ ｅＶより小さいと、図１１に示すように、
例えばｐ形クラッド層２及びｎ形クラッド層３から活性
層１内にそれぞれ注入されたホールと電子が、図中矢印
のように、層境界部のエネルギバリアを越えて逃げてし
まうため活性層１内への注入キャリアの閉じ込めが不充
分となってしまい、発振閾電流密度の大幅な上昇や温度
特性の低下等を招き良好な特性が得られない（「ＨＩＧ
Ｈ−ＰＯＷＥＲ １．０６ μｍ ＧａＩｎＰＡｓ
ＤＣＰＢＨ ＬＡＳＥＲＳ 」ＥＬＥＣＴ−ＲＯＮＩＣ
Ｓ ＬＥＴＴＥＲＳ １４ｔｈ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ
１９８９ Ｖｏｌ．２５ ＮＯ．１９）。
【０００７】このため、活性層にＧａＩｎＰＡｓを使用
して波長λｇ１．０ 〜１．１ μの半導体レーザを得
るには、活性層とクラッド層とのバンドギャップ差を０
．３ ｅＶ以上とするために、現状よりも大きなバンド
ギャップを有するクラッド層を用いる必要がある。しか
し、図１２から明らかなように、ＡｌＧａＩｎＰ系では
ＩｎＰと格子定数が大きく異なり格子整合しない。また
、ＡｌＧａＡｓＳｂ系では、組成が大幅に異なるためＧ
ａＩｎＰＡｓの前後に成長させることが難しく、良好な
結晶成長ができない。更に、ＧａＩｎＰＡｓ系（含Ｉｎ
ＧａＰ）では、ＩｎＰより大きなバンドギャップを有す
る組成では、格子定数がＩｎＰより小さくなり活性層と
の接合面に結晶欠陥が発生しレーザ発振が不可能となる
。
して波長λｇ１．０ 〜１．１ μの半導体レーザを得
るには、活性層とクラッド層とのバンドギャップ差を０
．３ ｅＶ以上とするために、現状よりも大きなバンド
ギャップを有するクラッド層を用いる必要がある。しか
し、図１２から明らかなように、ＡｌＧａＩｎＰ系では
ＩｎＰと格子定数が大きく異なり格子整合しない。また
、ＡｌＧａＡｓＳｂ系では、組成が大幅に異なるためＧ
ａＩｎＰＡｓの前後に成長させることが難しく、良好な
結晶成長ができない。更に、ＧａＩｎＰＡｓ系（含Ｉｎ
ＧａＰ）では、ＩｎＰより大きなバンドギャップを有す
る組成では、格子定数がＩｎＰより小さくなり活性層と
の接合面に結晶欠陥が発生しレーザ発振が不可能となる
。
【０００８】本発明は上記の事情に鑑みなされたもので
、通常のダブルヘテロ接合構造では、活性層とクラッド
層の間に所定のバンドギャップ差が得られない結晶組成
でも、所定以上のバンドギャップ差を設けることができ
、且つ、接合面において良好な結晶性を有することがで
きる構造の半導体レーザを提供することを目的とする。
、通常のダブルヘテロ接合構造では、活性層とクラッド
層の間に所定のバンドギャップ差が得られない結晶組成
でも、所定以上のバンドギャップ差を設けることができ
、且つ、接合面において良好な結晶性を有することがで
きる構造の半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、活
性層の両側にクラッド層を設けたダブルヘテロ接合構造
の半導体レーザにおいて、活性層とクラッド層との間に
、クラッド層よりバンドギャップが大きく活性層と所定
値以上のバンドギャップ差を有する歪薄膜層を設けるよ
うにした。
性層の両側にクラッド層を設けたダブルヘテロ接合構造
の半導体レーザにおいて、活性層とクラッド層との間に
、クラッド層よりバンドギャップが大きく活性層と所定
値以上のバンドギャップ差を有する歪薄膜層を設けるよ
うにした。
【００１０】また、活性層がバンドギャップ１．０ 〜
１．３５ｅＶのＧａＩｎＰＡｓである半導体レーザとし
た。また、活性層がＧａＩｎＰＡｓ，クラッド層がＩｎ
Ｐ，歪薄膜層がバンドギャップ１．３５ｅＶを越えるＧ
ａＩｎＰからなる半導体レーザとした。また、活性層が
ＧａＩｎＰＡｓ，クラッド層がＩｎＰ，歪薄膜層がバン
ドギャップ１．３５ｅＶを越えるＧａＩｎＰＡｓからな
る半導体レーザとした。
１．３５ｅＶのＧａＩｎＰＡｓである半導体レーザとし
た。また、活性層がＧａＩｎＰＡｓ，クラッド層がＩｎ
Ｐ，歪薄膜層がバンドギャップ１．３５ｅＶを越えるＧ
ａＩｎＰからなる半導体レーザとした。また、活性層が
ＧａＩｎＰＡｓ，クラッド層がＩｎＰ，歪薄膜層がバン
ドギャップ１．３５ｅＶを越えるＧａＩｎＰＡｓからな
る半導体レーザとした。
【００１１】また、歪薄膜層の厚さは１０Å〜 ５００
Åの範囲とした。
Åの範囲とした。
【００１２】
【作用】かかる構成において、活性層とクラッド層との
間に、バンドギャップがクラッド層より大きく活性層と
のバンドギャップ差が所定値以上の歪薄膜層を設けてク
ラッド層を二重構造としたことにより、活性層とのバン
ドギャップ差を充分に得ることができ、注入キャリアの
閉じ込め効率を高めることができる。そして、活性層及
びクラッド層との格子定数の違いによる歪は、薄膜構造
によって吸収し、接合面の結晶欠陥の発生を防止して接
合面における光の吸収をなくし、良好なレーザ発振が可
能となる。
間に、バンドギャップがクラッド層より大きく活性層と
のバンドギャップ差が所定値以上の歪薄膜層を設けてク
ラッド層を二重構造としたことにより、活性層とのバン
ドギャップ差を充分に得ることができ、注入キャリアの
閉じ込め効率を高めることができる。そして、活性層及
びクラッド層との格子定数の違いによる歪は、薄膜構造
によって吸収し、接合面の結晶欠陥の発生を防止して接
合面における光の吸収をなくし、良好なレーザ発振が可
能となる。
【００１３】また、歪薄膜層の厚さを、１０Å〜 ５０
０Åとし、より好ましくは３０Å〜 ２００Åとするこ
とにより、トンネル効果に起因する電子の閉じ込め効果
の低下を抑制できる。
０Åとし、より好ましくは３０Å〜 ２００Åとするこ
とにより、トンネル効果に起因する電子の閉じ込め効果
の低下を抑制できる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に本実施例の半導体レーザの結晶構造をし、
ブロードコンタクト構造の例を示す。図において、ｎ形
ＩｎＰからなる基板１１上に、活性層１２の両側にクラ
ッド層１３，１４を設けたダブルヘテロ接合構造が形成
されている。前記活性層１２は厚さ０．０５〜０．６
μのＧａＩｎＰＡｓからなり、活性層１２の上側のクラ
ッド層１３は厚さ０．５ 〜２μのｐ形ＩｎＰからなり
、活性層下側のクラッド層１４は厚さ０．５ 〜２μの
ｎ形ＩｎＰからなっている。
する。図１に本実施例の半導体レーザの結晶構造をし、
ブロードコンタクト構造の例を示す。図において、ｎ形
ＩｎＰからなる基板１１上に、活性層１２の両側にクラ
ッド層１３，１４を設けたダブルヘテロ接合構造が形成
されている。前記活性層１２は厚さ０．０５〜０．６
μのＧａＩｎＰＡｓからなり、活性層１２の上側のクラ
ッド層１３は厚さ０．５ 〜２μのｐ形ＩｎＰからなり
、活性層下側のクラッド層１４は厚さ０．５ 〜２μの
ｎ形ＩｎＰからなっている。
【００１５】そして、活性層１２と各クラッド層１３，
１４との間に、本実施例の特徴である歪薄膜層１５を設
けてある。該歪薄膜層１５は、図２に示すように、バン
ドギャップがクラッド層１３，１４のバンドギャップよ
り大きく活性層１２とのバンドギャップ差ΔＥｇが所定
値（０．３ ｅＶ）以上有するＧａＩｎＰからなってい
る。前記歪薄膜層１５について、ＧａＩｎＰＡｓ（Ｇａ
ｘ Ｉｎ１−ｘ Ｐ１−ｙ Ａｓｙ ）系の各組成にお
ける格子定数とバンドギャップとの関係を示す図３を参
照しながら更に詳述する。尚、図中、実線は等バンドギ
ャップ線、点線は等格子定数線をそれぞれ示す。
１４との間に、本実施例の特徴である歪薄膜層１５を設
けてある。該歪薄膜層１５は、図２に示すように、バン
ドギャップがクラッド層１３，１４のバンドギャップよ
り大きく活性層１２とのバンドギャップ差ΔＥｇが所定
値（０．３ ｅＶ）以上有するＧａＩｎＰからなってい
る。前記歪薄膜層１５について、ＧａＩｎＰＡｓ（Ｇａ
ｘ Ｉｎ１−ｘ Ｐ１−ｙ Ａｓｙ ）系の各組成にお
ける格子定数とバンドギャップとの関係を示す図３を参
照しながら更に詳述する。尚、図中、実線は等バンドギ
ャップ線、点線は等格子定数線をそれぞれ示す。
【００１６】ＩｎＰのクラッド層１３，１４に格子整合
し波長λｇ １．１ に対応するＧａＩｎＰＡｓ活性層
１２の組成のバンドギャップＥｇは１．１３ｅＶとなる
。これに対しＩｎＰのクラッド層１３，１４のバンドギ
ャップは１．３５ｅＶであり、その差ΔＥｇは０．２２
ｅＶとなり注入キャリア閉じ込め効果を充分に得るのに
必要なバンドギャップ差０．３ ｅＶを下回る。
し波長λｇ １．１ に対応するＧａＩｎＰＡｓ活性層
１２の組成のバンドギャップＥｇは１．１３ｅＶとなる
。これに対しＩｎＰのクラッド層１３，１４のバンドギ
ャップは１．３５ｅＶであり、その差ΔＥｇは０．２２
ｅＶとなり注入キャリア閉じ込め効果を充分に得るのに
必要なバンドギャップ差０．３ ｅＶを下回る。
【００１７】従って、活性層１２の境界面でバンドギャ
ップ差ΔＥｇを０．３ ｅＶ以上とするには、クラッド
層、言い換えれば歪薄膜層１５のバンドギャップを１．
４３ｅＶ以上とする必要がある。ここで、バンドギャッ
プを大きくすればＩｎＰのクラッド層１３，１４及びク
ラッド層と格子整合しているＧａＩｎＰＡｓの活性層１
２との格子定数差が大きくなるので、歪薄膜層１５のバ
ンドギャップを格子定数差が最小となる１．４３ｅＶと
する。この場合、ＧａＩｎＰＡｓよりもＧａＩｎＰの方
が同じバンドギャップでは格子定数が大きくＩｎＰの格
子定数差が小さくなるので、歪薄膜層１５としてはＧａ
ＩｎＰの方が望ましい。そして、歪薄膜層１５の組成と
して、バンドギャップが１．４３ｅＶに対応するＧａ０
．７７Ｉｎ０．１３Ｐ（Ｅｇ＝１．４３ｅＶ）を用いる
。この組成のＧａＩｎＰの格子定数は５．８２Åであり
、ＩｎＰの格子定数５．８７Åとの格子定数のズレの割
合は１％であり、互いの格子定数のズレを充分に吸収す
ることが可能であり、活性層１２と歪薄膜層１５との接
合面に結晶欠陥が発生するのを防止できる。
ップ差ΔＥｇを０．３ ｅＶ以上とするには、クラッド
層、言い換えれば歪薄膜層１５のバンドギャップを１．
４３ｅＶ以上とする必要がある。ここで、バンドギャッ
プを大きくすればＩｎＰのクラッド層１３，１４及びク
ラッド層と格子整合しているＧａＩｎＰＡｓの活性層１
２との格子定数差が大きくなるので、歪薄膜層１５のバ
ンドギャップを格子定数差が最小となる１．４３ｅＶと
する。この場合、ＧａＩｎＰＡｓよりもＧａＩｎＰの方
が同じバンドギャップでは格子定数が大きくＩｎＰの格
子定数差が小さくなるので、歪薄膜層１５としてはＧａ
ＩｎＰの方が望ましい。そして、歪薄膜層１５の組成と
して、バンドギャップが１．４３ｅＶに対応するＧａ０
．７７Ｉｎ０．１３Ｐ（Ｅｇ＝１．４３ｅＶ）を用いる
。この組成のＧａＩｎＰの格子定数は５．８２Åであり
、ＩｎＰの格子定数５．８７Åとの格子定数のズレの割
合は１％であり、互いの格子定数のズレを充分に吸収す
ることが可能であり、活性層１２と歪薄膜層１５との接
合面に結晶欠陥が発生するのを防止できる。
【００１８】また、歪薄膜層１５の厚みは薄い程、格子
定数差によって発生する応力は小さいが、図４に示すよ
うに逆にトンネル効果により電子の閉じ込め効果が悪く
なる。そして、厚さ３０Å以上であれば、実質上トンネ
ル確率はほとんどゼロと見なせる。従って、歪薄膜層１
５の厚さとしては、３０Å以上であることが望ましい。 尚、図４は、障壁の高さＶ１ ＝０．５ ｅＶ，電子の
エネルギＥ＝０．１ ｅＶ，有効質量ｍ＝０．０８ｍ０
における障壁の厚さとトンネル確率との関係を示して
ある。
定数差によって発生する応力は小さいが、図４に示すよ
うに逆にトンネル効果により電子の閉じ込め効果が悪く
なる。そして、厚さ３０Å以上であれば、実質上トンネ
ル確率はほとんどゼロと見なせる。従って、歪薄膜層１
５の厚さとしては、３０Å以上であることが望ましい。 尚、図４は、障壁の高さＶ１ ＝０．５ ｅＶ，電子の
エネルギＥ＝０．１ ｅＶ，有効質量ｍ＝０．０８ｍ０
における障壁の厚さとトンネル確率との関係を示して
ある。
【００１９】また、多層薄膜構造において、転位の発生
が起こらない限界の層厚ｈｃ は理論的に次式で表され
（Ｊ．ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ， ２７
、１１８ （１９７４）） 、実験的にも確認されてい
る（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ，４６ ９
６７ （１９８５））。 ｈｃ ＝〔｛ｂ（１−νｃｏｓ２α）｝／｛２πｆ（１
＋ν）ｃｏｓλ｝］・｛ｌｎ（ｈｃ／ｂ）＋１｝ ｂ＝ａ・（２）１／２ （ａ；格子定数）ｆ＝２ε（ε
；歪） ν：ポアソン比 α：転位線とバーガーズベクトルのなす角λ：滑り面と
界面の交線に垂直な面の方向と滑りの方向のなす角 ｈｃ ：限界層厚 この式を基に計算すればＧａＩｎＰの場合、膜厚が ２
００Å以下であれば転位が発生しないことがわかる。
が起こらない限界の層厚ｈｃ は理論的に次式で表され
（Ｊ．ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ， ２７
、１１８ （１９７４）） 、実験的にも確認されてい
る（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ，４６ ９
６７ （１９８５））。 ｈｃ ＝〔｛ｂ（１−νｃｏｓ２α）｝／｛２πｆ（１
＋ν）ｃｏｓλ｝］・｛ｌｎ（ｈｃ／ｂ）＋１｝ ｂ＝ａ・（２）１／２ （ａ；格子定数）ｆ＝２ε（ε
；歪） ν：ポアソン比 α：転位線とバーガーズベクトルのなす角λ：滑り面と
界面の交線に垂直な面の方向と滑りの方向のなす角 ｈｃ ：限界層厚 この式を基に計算すればＧａＩｎＰの場合、膜厚が ２
００Å以下であれば転位が発生しないことがわかる。
【００２０】このようにして選定された歪薄膜層１５を
、活性層１２とクラッド層１３，１４との間に形成した
本実施例の半導体レーザによれば、図２に示すように、
短波長化によってバンドギャップが上昇した活性層１２
の接合面において、所定値（０．３ ｅＶ）以上のバン
ドギャップ差ΔＥｇを設けることができ、ｎ形クラッド
層１４及びｐ形クラッド層１３からそれぞれ活性層１２
に注入された電子及びホールが、図中矢印で示すように
エネルギバリヤで移動を阻止される。このため、活性層
１２における注入キャリアの閉じ込め効果が充分となる
。また、活性層１２と歪薄膜層１５との格子整合のズレ
による歪は、歪薄膜層１５側で吸収されるため、両者の
接合面における格子ズレや転位等の結晶欠陥の発生を防
止でき、活性層１２内で発生した光の吸収を抑制できる
。
、活性層１２とクラッド層１３，１４との間に形成した
本実施例の半導体レーザによれば、図２に示すように、
短波長化によってバンドギャップが上昇した活性層１２
の接合面において、所定値（０．３ ｅＶ）以上のバン
ドギャップ差ΔＥｇを設けることができ、ｎ形クラッド
層１４及びｐ形クラッド層１３からそれぞれ活性層１２
に注入された電子及びホールが、図中矢印で示すように
エネルギバリヤで移動を阻止される。このため、活性層
１２における注入キャリアの閉じ込め効果が充分となる
。また、活性層１２と歪薄膜層１５との格子整合のズレ
による歪は、歪薄膜層１５側で吸収されるため、両者の
接合面における格子ズレや転位等の結晶欠陥の発生を防
止でき、活性層１２内で発生した光の吸収を抑制できる
。
【００２１】従って、例えばＧａＩｎＰＡｓ／ＩｎＰ半
導体レーザの短波長化を行った場合に従来問題となって
いた、閾電流の上昇及び温度特性の劣化等を防止でき、
小さい閾電流で安定した動作が行える波長０．９８〜１
．１ μの高出力半導体レーザを得ることができる。次
に本発明の半導体レーザの液相成長法による作製例につ
いて述べる。
導体レーザの短波長化を行った場合に従来問題となって
いた、閾電流の上昇及び温度特性の劣化等を防止でき、
小さい閾電流で安定した動作が行える波長０．９８〜１
．１ μの高出力半導体レーザを得ることができる。次
に本発明の半導体レーザの液相成長法による作製例につ
いて述べる。
【００２２】使用した液相成長炉としては、３ゾーンマ
スター・スレーブ方式の電気炉を用い、ボートスライド
法で作製した。図５及び図６において、石英管２１の中
央部外周囲には、ヒータ２２が設けられている。該ヒー
タ２２は、所定の温度制御条件が入力されたＰＩＤ制御
コントローラ２３により温度制御される。２４はヒータ
２２及びコントローラ２３の電源である。前記石英管２
１内には、結晶成長に用いるグラファイトボート２５が
収納されている。該グラファイトボート２５には、熱電
対２６が設けられ、デジタル温度計２７に接続されてい
る。
スター・スレーブ方式の電気炉を用い、ボートスライド
法で作製した。図５及び図６において、石英管２１の中
央部外周囲には、ヒータ２２が設けられている。該ヒー
タ２２は、所定の温度制御条件が入力されたＰＩＤ制御
コントローラ２３により温度制御される。２４はヒータ
２２及びコントローラ２３の電源である。前記石英管２
１内には、結晶成長に用いるグラファイトボート２５が
収納されている。該グラファイトボート２５には、熱電
対２６が設けられ、デジタル温度計２７に接続されてい
る。
【００２３】前記グラファイトボート２５は、図６に示
すように、複数の溶液溜めを有するグラファイトからな
る溶液ホルダ３１には、基板結晶３３を支持するスライ
ド板３２がスライド自由に設けられている。該スライド
板３２の一端には、石英で形成した引き棒３４が係合し
ている。３５は熱電対２６が挿入された石英管である。 前記溶液溜めには、左から順次ｎ形クラッド層用の溶液
Ａ，歪薄膜層用の溶液Ｂ，活性層用の溶液Ｃ，歪薄膜層
用の溶液Ｄ及びｐ形クラッド層用の溶液Ｅが設けられて
いる。結晶の成長は、ＩｎＰを過剰に入れた２相成長法
で行った。
すように、複数の溶液溜めを有するグラファイトからな
る溶液ホルダ３１には、基板結晶３３を支持するスライ
ド板３２がスライド自由に設けられている。該スライド
板３２の一端には、石英で形成した引き棒３４が係合し
ている。３５は熱電対２６が挿入された石英管である。 前記溶液溜めには、左から順次ｎ形クラッド層用の溶液
Ａ，歪薄膜層用の溶液Ｂ，活性層用の溶液Ｃ，歪薄膜層
用の溶液Ｄ及びｐ形クラッド層用の溶液Ｅが設けられて
いる。結晶の成長は、ＩｎＰを過剰に入れた２相成長法
で行った。
【００２４】各溶液Ａ〜Ｅを溶融状態にしておき、石英
管２１内に純化水素を流した状態で、スライド板３２を
スライドさせて溶液Ａから溶液Ｅまで順次基板結晶３３
を接触させつつ徐冷することで各層を積層形成していく
。そして、降温速度毎分０．２ ℃，歪薄膜層の成長時
間５秒間の条件下で、膜厚 ２００Åの歪薄膜層の成長
が確認できた。
管２１内に純化水素を流した状態で、スライド板３２を
スライドさせて溶液Ａから溶液Ｅまで順次基板結晶３３
を接触させつつ徐冷することで各層を積層形成していく
。そして、降温速度毎分０．２ ℃，歪薄膜層の成長時
間５秒間の条件下で、膜厚 ２００Åの歪薄膜層の成長
が確認できた。
【００２５】また、図７に示す工程、即ち、基板結晶上
への液相エピタキシャル成長によるダブルヘテロ接合構
造の形成、スパッタリングによるＳｉＯ２ 絶縁膜の形
成、フォトリソグラフによるストライプ形成、基板研磨
、スパッタリングによる電極形成及び結晶側面の劈開に
よる共振器形成の各工程を経て酸化膜ストライプ構造の
素子を作製して特性を評価し、図８及び図９にその結果
を示す。
への液相エピタキシャル成長によるダブルヘテロ接合構
造の形成、スパッタリングによるＳｉＯ２ 絶縁膜の形
成、フォトリソグラフによるストライプ形成、基板研磨
、スパッタリングによる電極形成及び結晶側面の劈開に
よる共振器形成の各工程を経て酸化膜ストライプ構造の
素子を作製して特性を評価し、図８及び図９にその結果
を示す。
【００２６】図８は規格化発振閾値電流密度の測定結果
であり、波長１．１ μｍでは従来構造のものに比べ、
３０〜４０％低下した。また、図１０は電流−光出力の
関係を温度を変えて測定したもので、発振閾値電流は同
じ温度で１／４ 〜１／８ の割合で小さくなり、光出
力も数倍の値が得られ、温度特性の大幅な改善が得られ
た。また、歪薄膜層の厚さは、前述したように好ましく
は３０Å〜 ２００Åの間であるが、形成組成によって
も少し異なり、１０Å〜 ５００Åの間で効果が認めら
れた。
であり、波長１．１ μｍでは従来構造のものに比べ、
３０〜４０％低下した。また、図１０は電流−光出力の
関係を温度を変えて測定したもので、発振閾値電流は同
じ温度で１／４ 〜１／８ の割合で小さくなり、光出
力も数倍の値が得られ、温度特性の大幅な改善が得られ
た。また、歪薄膜層の厚さは、前述したように好ましく
は３０Å〜 ２００Åの間であるが、形成組成によって
も少し異なり、１０Å〜 ５００Åの間で効果が認めら
れた。
【００２７】尚、本実施例では、ＧａＩｎＰＡｓ／Ｉｎ
Ｐの結晶構造の例を示したがこれに限定するものではな
く、その他の結晶構造のものにも適用できる。また、作
製方法は、液相成長法の他、気相成長法や分子線成長法
でもよい。
Ｐの結晶構造の例を示したがこれに限定するものではな
く、その他の結晶構造のものにも適用できる。また、作
製方法は、液相成長法の他、気相成長法や分子線成長法
でもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、活
性層とクラッド層との間にバンドギャップの大きい厚さ
の薄い歪薄膜層を設ける構成としたので、活性層との格
子定数のズレを吸収でき活性層接合面の結晶欠陥を防止
しつつバンドギャップ差が充分とれるため、レーザ光の
短波長化に伴う発振閾電流値の上昇及び温度特性の劣化
を防止でき、高い信頼性を有する高出力の半導体レーザ
を形成できる。
性層とクラッド層との間にバンドギャップの大きい厚さ
の薄い歪薄膜層を設ける構成としたので、活性層との格
子定数のズレを吸収でき活性層接合面の結晶欠陥を防止
しつつバンドギャップ差が充分とれるため、レーザ光の
短波長化に伴う発振閾電流値の上昇及び温度特性の劣化
を防止でき、高い信頼性を有する高出力の半導体レーザ
を形成できる。
【図１】本発明の一実施例を示す半導体レーザの結晶構
造の図
造の図
【図２】同上実施例の活性層キャリア注入状態を示す図
【図３】ＧａＩｎＰＡｓ系の各組成における格子定数と
バンドギャップとの関係図
バンドギャップとの関係図
【図４】層厚とトンネル確率との関係図
【図５】本実施
例の結晶作製に使用する電気炉の構成図
例の結晶作製に使用する電気炉の構成図
【図６】同上電
気炉で使用するグラファイトボートの構成図
気炉で使用するグラファイトボートの構成図
【図７】特性評価に用いた半導体レーザ素子の作製工程
を示す図
を示す図
【図８】図７の工程で作製した半導体レーザ素子の規格
化発振電流閾値密度と発振波長との関係図
化発振電流閾値密度と発振波長との関係図
【図９】同じ
く電流と光出力との関係図
く電流と光出力との関係図
【図１０】従来の半導体レー
ザの結晶構造例を示す図
ザの結晶構造例を示す図
【図１１】従来構造の活性層キ
ャリア注入状態を示す図
ャリア注入状態を示す図
【図１２】ＩＩＩ −Ｖ族化合
物半導体の格子定数とバンドギャップの関係図
物半導体の格子定数とバンドギャップの関係図
１２ 活性層
１３ ｐ型クラッド層
１４ ｎ型クラッド層
１５ 歪薄膜層
Claims (5)
- 【請求項１】活性層の両側にクラッド層を設けたダブル
ヘテロ接合構造の半導体レーザにおいて、活性層とクラ
ッド層との間に、クラッド層よりバンドギャップが大き
く活性層と所定値以上のバンドギャップ差を有する歪薄
膜層を設けたことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】活性層がバンドギャップ１．０ 〜１．３
５ｅＶのＧａＩｎＰＡｓである請求項１記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項３】活性層がＧａＩｎＰＡｓ，クラッド層がＩ
ｎＰ，歪薄膜層がバンドギャップ１．３５ｅＶを越える
ＧａＩｎＰからなる請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】活性層がＧａＩｎＰＡｓ，クラッド層がＩ
ｎＰ，歪薄膜層がバンドギャップ１．３５ｅＶを越える
ＧａＩｎＰＡｓからなる請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】歪薄膜層の厚さが１０Å〜 ５００Åであ
る請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP695091A JPH04240788A (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP695091A JPH04240788A (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04240788A true JPH04240788A (ja) | 1992-08-28 |
Family
ID=11652511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP695091A Pending JPH04240788A (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04240788A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08228040A (ja) * | 1995-02-22 | 1996-09-03 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
| US5573960A (en) * | 1994-07-11 | 1996-11-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing semiconductor layers by bonding without defects created by bonding |
-
1991
- 1991-01-24 JP JP695091A patent/JPH04240788A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5573960A (en) * | 1994-07-11 | 1996-11-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing semiconductor layers by bonding without defects created by bonding |
| JPH08228040A (ja) * | 1995-02-22 | 1996-09-03 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
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